std::move和std::forward

转自coolmeme

通过了解std::move和std::forward不做什么来理解它们很有用。std::move不移动任何东西，std::forward也不转移任何东西。在运行时（runtime），他们什么都不做，一行代码也不产生。

std::move和std::forward仅仅是进行类型转换的函数（实际上是函数模板）。std::move无条件的将其参数转换为右值，而std::forward只在必要情况下进行这个转换，就是这样。这个解释会引起一系列问题，但是基本上这就是完整的故事。

为了让故事更加具体，这有一个在C++11中std::move的模拟实现：

template<typename T>                                   // in namespace std

typename remove_reference<T>::type&&

move(T&& param)

{

    using ReturnType =                                            // alias declaration;

        typename remove_reference<T>::type&&;    // see Item 9

    return static_cast<ReturnType>(param);

}

我高亮了两处代码。一个是函数的名字，因为返回值很繁琐，我怕你失去忍耐。另一处是函数的精华本质部分：转换。如你所见，std::move的参数为一个对象的引用（统一引用，详见条款24），并且返回的也是该对象的引用。

函数返回值的“&&”部分表示std::move返回了一个右值引用，但是如条款28所述，假如类型T碰巧是个左值引用，T&&就会成为一个左值引用。为阻止这个发生，一个type trait（见条款9）std::remove_reference被用在T上，这样可以确保“&&”可以应用在一个不是引用的类型上，这个很重要，因为函数返回的右值引用必须是右值。于是，std::move将其参数转换右值，这就是它所有做的事情。

此外，std::move在c++14中的实现显得更简短。由于函数返回类型推导（条款3）和标准库里的别名模板std::remove_reference_t (见条款9)，std::move可以这样实现：

template<typename T>                     // C++14; still indecltype(auto) move(T&& param)    // namespace std{    using ReturnType = remove_reference_t<T>&&;    return static_cast<ReturnType>(param);}

看上去更简单些，不是？

因为std::move除了把参数转换为右值以外不做别的事情，有建议给它一个更好的名字也许类似rvalue_cast，即使如此，我们现在拥有的名字是std::move，所以认识到std::move做什么和不做什么很重要。它做的是转换，不做移动。

当然，右值适合被移动，所以std::move应用在一个对象上时就是告诉编译器对象可以被移动。这就是为什么std::move拥有这样的名字：使得指定可以被移动的对象更容易些。

事实上，右值是仅有的可以被移动的对象。假如你写了个类代表注释（annotation），类的构造函数使用std::string类型做为参数表示注释内容，并且拷贝参数到一个成员变量里。根据条款41的信息，你声明了一个传值参数：

class Annotation {public:  explicit Annotation(std::string text); // param to be copied,

  …                                                    // so per Item 41,};                                                       // pass by value

但是Annotation的构造函数仅仅需要读取text的值，不需要改变它。根据我们固有的传统，尽可能的使用const，你改变了声明如下：

class Annotation {public:  explicit Annotation(const std::string text)  …};

为了避免当拷贝text到数据成员中时消耗一次拷贝操作，你使用了条款41的建议，将std::move应用到text上，于是产生了一个右值：

class Annotation {public:  explicit Annotation(const std::string text)  : value(std::move(text))                                      // "move" text into value; this code  { … }                                                                   // doesn't do what it seems to!  …PRivate:  std::string value;};

代码编译链接都可以正常，也把设置了数据成员为text的内容。唯一使得这段代码和你想象中的完美实现不一样的地方是text不是移动到value的，是拷贝的。当然，text是通过std::move转换成一个右值，但是text是被声明成const std::string，所以在转换前，text是一个左值的const std::string，转换的结果是一个右值const std::string，最终常量性保留了下来。

考虑下当编译器必须决定哪个std::string构造函数必须调用时的效果，有两个可能：

class string {         // std::string is actually apublic:                  // typedef for std::basic_string<char>    …    string(const string& rhs); // copy ctor 拷贝构造函数    string(string&& rhs);        // move ctor move移动构造函数    …};

在Annotation的构造函数的成员初始化列表里，std::move(text)的结果是一个类型为const std::string的右值。这个右值不能传递给std::string的move构造函数，因为move构造函数需要一个指向非常量std::string的右值引用作为参数。然而这个右值可以传递给拷贝构造函数，因为指向常量的左值引用是允许绑定到一个常量右值的。于是成员初始化就会调用std::string的拷贝构造函数，即使text已经转换成一个右值。这样的行为是维持常量正确性的一个必需，因为移动一个对象到另一个值通常会改变这个对象，所以语言就不应该允许常量对象被传递给一个能修改他们的函数（比如move构造）。

从这个例子可以学到两个教训。第一，假如你想对象能够被移动，不要声明对象为const，在const对象上的移动操作默默的被转换成了拷贝操作。第二，std::move不仅不移动任何东西，甚至不能保证被转换的对象可以被移动。唯一可以确认的是应用std::move的对象结果是个右值。

std::forward的故事和std::move的故事很类似，但std::move是无条件的转换其参数为一个右值，而std::forward是在某些特定条件下进行转换。std::forward是一个有条件转换。为了理解什么时候转换什么时候不转换，回忆一下std::forward是怎么使用的。最常见的场景是在函数模板，参数是一个统一引用参数，这个参数会被传递给另一个函数。

void process(const Widget& lvalArg);        // process lvalues

void process(Widget&& rvalArg);           // process rvaluestemplate<typename T>                           // template that passesvoid logAndProcess(T&& param)            // param to process{auto now =                                               // get current timestd::chrono::system_clock::now();makeLogEntry("Calling 'process'", now);process(std::forward<T>(param));}

考虑两种调用logAndProcess的情形，一种是左值，一种是右值：

Widget w;

logAndProcess(w);                   // call with lvalue

logAndProcess(std::move(w)); // call with rvalue

在logAndProcess内部，参数param被传递给函数process，process被重载为左值和右值。当我们通过左值去调用logAndProcess时，我们很自然的期望那个左值可以同样作为一个左值转移到process函数，当我们通过右值去调用logAndProcess时，我们期望重载的右值函数可以被调用。

但是param，像所有函数参数一样，是个左值。在logAndProcess内部每一个对process的调用会调起左值重载。为了避免这个，我们需要一个机制来把param转换成一个右值，当且仅当传入的用来初始化parm的实参（就是传递到logAndProcess的参数）是个右值。

你可能疑惑std::forward是怎么知道它的参数是通过一个右值来初始化的。比如在以上代码中，std::forward是怎么知道param是被一个左值或右值来初始化呢？简单的回答是这个信息被编码到logAndProcess的模板参数T里面。这个参数被传递给std::forward，然后恢复了编码的信息。详细的描述见条款28。

既然std::move和std::forward都归结为转换，唯一不同就是std::move始终进行转换，而std::forward仅仅有时候转换，你可能会问我们是否可以废弃std::move，而只用std::forward。从纯技术角度来看，答案是肯定的：std::forward可以做到，std::move不是必须的。当然函数也不是必须的，我们可以写转换代码，但是我希望我们会觉得那样比较恶心。

std::move吸引人之处在于方便，减少了错误的可能性，而且更加清晰。考虑一个类，可以跟踪我们使用了多少次的move构造函数。我们所需要的是一个静态变量的计数器，在move构造函数使用时增加。假设类里面的唯一一个非静态数据成员是std::string,这里有个方便的方法（也就是利用std::move）去实现move构造函数：

class Widget {public:    Widget(Widget&& rhs)    : s(std::move(rhs.s))    { ++moveCtorCalls; }    …

private:    static std::size_t moveCtorCalls;    std::string s;};

用std::forward来实现相同的行为，代码可能如下：

class Widget {public:Widget(Widget&& rhs)                      // unconventional,: s(std::forward<std::string>(rhs.s))  // undesirable{ ++moveCtorCalls; }                        // implementation…};

注意首先std::move只需要一个函数参数（rhs.s），而std::forward既需要一个函数参数（rhs.s），又需要一个模板类型参数（std::string）。然后我们注意到我们传递给std::forward的参数类型必须一个非引用的，因为编码规范上说明了传递的参数必须是一个右值（见条款28）。std::move需要更少的打字，and it spares us the trouble of passing a type argument。也减少了我们传递一个错误类型（比如std::string&，这会导致数据成员s被拷贝构造而不是move构造）的可能性。

更重要的是，使用std::move会无条件转换为一个右值，而使用std::forward只会把是绑定到右值引用的参数转换成右值。这是两个非常不同的行为。第一个是典型的move，而第二个是仅仅传递（转移）一个对象到另一个函数，通过这种办法来保留对象原始的左值性或右值性。因为两者如此不同，所以最好我们使用不同的函数（名）来区分它们。

                                          要记住的事情

1.std::move执行一个无条件的转化到右值。它本身并不移动任何东西；

2.std::forward把其参数转换为右值，仅仅在那个参数被绑定到一个右值时；

3.std::move和std::forward在运行时（runtime）都不做任何事。